Kanton Zürich Baudirektion Amt für Raumentwicklung Hochschulgebiet Zürich-Zentrum Schlussbericht Vertiefungsthema Energieversorgung Juni 2015

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1 Kanton Zürich Baudirektion Amt für Raumentwicklung Hochschulgebiet Zürich-Zentrum Schlussbericht Vertiefungsthema Energieversorgung Juni 2015

2 2/76 Impressum Auftraggeber Gebietsmanagement Hochschulgebiet Zürich-Zentrum Federführung Amt für Raumentwicklung, Baudirektion Kanton Zürich unter Mitwirkung von Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft, Baudirektion Kanton Zürich Hochbauamt, Baudirektion Kanton Zürich Elektrizitätswerke der Stadt Zürich, Departement der Industriellen Betriebe Stadt Zürich Energiebeauftragter, Departement der Industriellen Betriebe Stadt Zürich Entsorgung und Recycling Stadt Zürich, Tiefbau- und Entsorgungsdepartement Stadt Zürich ETH Zürich Universität Zürich UniversitätsSpital Zürich Auftragnehmer Amstein + Walthert AG, Zürich Experte Thomas Bürki GmbH Titelbild Quelle: ETH Zürich Bezugsquelle

3 3/76 Inhalt 1. Management Summary 6 2. Ausgangslage und Zielsetzungen Einleitung Zielsetzungen Auftrag Systemgrenzen Methodik und Vorgehensbeschrieb IST-Analyse Grundlagen Heutige Energieversorgung Erzeuger Universitätsspital Zürich Universität Zürich ETH ETH-Drittbezüger Entwicklung Energiebedarf Annahmen zur Bedarfsentwicklung Nutzenergiebedarf Nutzenergiebedarf nach Institution Universitätsspital Zürich Universität Zürich ETH Weitere Fazit Bedarfsentwicklung Potenziale zur Versorgung Fernwärme Seewasser/Flusswasser Erdwärme/Erdspeicher (saisonale Verlagerung) Abwärme von Kälteerzeugung Photovoltaik Strategien Definition der Zielbereiche NSE-Diagramm Konzeptvarianten 52

4 4/ Erläuterung der Varianten Strategie A Strategie B Strategie C Bilanzierung der Varianten Bilanzierungsgrundlagen Emissionsfaktoren Erneuerbarkeit Primärenergiefaktoren Treibhausgasemissionen Endenergie Erneuerbarkeit Primärenergiebedarf Wirtschaftlichkeit/Kosten Grundlagen Investitionskosten Mittlere jährliche Kosten Gestehungskosten Energiepreissensitivität Nutzwertanalyse Kriterien/Gewichtung Resultate Fazit und Empfehlungen Zielvorgaben Fazit Weiteres Vorgehen/Nächste Schritte Anhang 76

5 5/76 Stellenwert und Einordnung dieses Berichts in Kürze Gestützt auf den Masterplan Hochschulgebiet Zürich-Zentrum (RRB Nr. 679/2014) und den Synthesebericht zu den städtebaulichen Vertiefungsstudien (RRB Nr. 862/2014) hat der Regierungsrat am 8. April 2015 die Teilrevision des kantonalen Richtplans, Gebietsplanung Hochschulgebiet Zürich-Zentrum dem Kantonsrat zur Beschlussfassung überwiesen (Vorlage 5180). Als Grundlage für die nachfolgenden Planungen wurden gestützt auf diese Dokumente vier Vertiefungsthemen bearbeitet: Verkehr/Mobilität Energieversorgung Freiräume/Grünräume Umwelt Hierfür wurde vom federführenden Amt für Raumentwicklung (ARE) jeweils ein externes Büro mit der Bearbeitung beauftragt. Begleitet wurden diese Arbeiten von Vertreterinnen und Vertretern der kantonalen und städtischen Fachstellen sowie der drei Institutionen Universität, Universitätsspital und ETH Zürich. Die Schlussberichte der drei Vertiefungsthemen Verkehr/Mobilität, Energieversorgung (vorliegender Bericht), Freiräume/Grünräume wurden auf Antrag der Projektleitung (ARE) dem Koordinationsgremium des Gebietsmanagements (operatives Kernteam) zur Kenntnisnahme unterbreitet. Sie dokumentieren die Arbeiten in den jeweiligen Vertiefungsthemen, dienen als Grundlage für die weiteren Planungen, und es werden Empfehlungen für weiter zu vertiefende Aspekte formuliert. Im Masterdokument zu den Auswirkungen auf Umwelt, Verkehr, Energie und Freiraum werden einerseits die Erkenntnisse dieser drei Vertiefungsthemen zusammengefasst dargestellt und anderseits die zu erwartenden Auswirkungen auf die Umwelt bei der Umsetzung des Masterplans summarisch erörtert. Das Masterdokument soll auch als zentrale Grundlage für zu erstellende Umweltverträglichkeitsberichte dienen. Dieses Masterdokument ist Grundlage für den Bericht zu den Auswirkungen auf Umwelt, Verkehr, Energie und Freiraum. Darin werden die wichtigsten Erkenntnisse aller vier Vertiefungsthemen allgemein verständlich dargestellt. Diese beiden Dokumente wurden von der Projektsteuerung des Gebietsmanagements auf Antrag der Projektleitung (ARE) als gemeinsamer Orientierungsrahmen für die weiteren Arbeiten verabschiedet.

6 6/76 1. Management Summary Im Bericht "Masterplan Hochschulgebiet Zürich-Zentrum" wird bezüglich Energie folgender Handlungsansatz formuliert: "Die Versorgung und die effiziente Nutzung von Wärme, Kälte und Elektrizität im Hochschulgebiet wird in Anlehnung an die Energiegesetzgebung des Bundes, des Kantons und die Energiepolitik des Kantons Zürich und der Stadt Zürich weiterentwickelt." Heutige Versorgung Das Hochschulgebiet bezieht seine Energie für Heizung, Brauchwarmwasser und Prozesswärme primär aus dem Fernwärmenetz der Entsorgung + Recycling Zürich. Es besteht je eine Fernwärmeleitung für Heisswasser und für Dampf vom Kehrichtheizkraftwerk Hagenholz ins Hochschulgebiet. Daneben existiert noch eine Wärmepumpe der ETH in der Walche, welche jedoch zukünftig nicht weiter betrieben wird. Die Kälte wird mit Kompressionskältemaschinen und beim USZ im Sommer zum Teil mit Absorptionskälte aus dem Dampfnetz der Fernwärme bereitgestellt. Strom wird aus dem Netz bezogen. Die Energieversorgung ist dank dem hohen Anteil der Fernwärme aus der KVA Hagenholz bereits im heutigen Zustand ökologisch. Synergien zwischen den drei Institutionen werden jedoch nur bedingt genutzt. Prognostizierte Entwicklung Der Kältebedarf, der Strombedarf und die Energiebezugsfläche (EBF) werden weiter zunehmen. Im Gegensatz dazu nimmt der Wärmebedarf (kumulierter Brauchwarmwasser-, Heiz- und Prozesswärmebedarf) bis ins Jahr 2030 aufgrund des Flächenzuwachses noch leicht zu, sinkt dann aber durch die energetischen Sanierungen bis ins Jahr 2050 unter das heutige Niveau ab. Geprüfte Versorgungsstrategien Im Rahmen des Vertiefungsthemas wurden aufgrund der sich im Gebiet anbietenden Versorgungstechnologien zur Deckung des Energiebedarfs (Prozesswärme 100 C, Hochtemperatur 70 C, Niedertemperatur 35 C, Klimakälte C und Prozesskälte >10 C), vier Strategien vertieft untersucht: Strategie A: Die Deckung des gesamten thermischen Energiebedarfs (Wärme/Kälte) erfolgt über die Fernwärme (Heisswasser- bzw. Dampfnetz). Die entstehende Abwärme wird mittels Rückkühlern in die Luft abgeführt. Strategie B1: Die Deckung der Prozesswärme sowie die Versorgung der Gebäude, welche Hochtemperatur für das Heizsystem benötigen, erfolgen über einen fossilen Energieträger (z.b. Gas). Zur Versorgung der Niedertemperatur werden Wärmepumpen eingesetzt, welche die Wärme aus einem Erdspeicher auf das gewünschte Temperaturniveau veredeln. Der Erdspeicher wird mittels der Abwärme aus den Kälteprozessen bewirtschaftet. Das Gebiet wird thermisch miteinander vernetzt.

7 7/76 Strategie B2: Analog wie die Strategie B2, jedoch mit dem Unterschied, dass anstelle des fossilen Energieträgers für die Prozesswärme sowie zur Versorgung für die Hochtemperatur, die Fernwärme eingesetzt wird. Strategie C: Die Deckung der Prozesswärme sowie der Gebäude, welche Hochtemperatur für das Heizsystem benötigen, erfolgt über die Fernwärme. Zusätzlich wird eine Seewasserleitung in das Hochschulgebiet realisiert, wobei das Seewasser primär für die Kälteprozesse verwendet wird. Je nach konzeptioneller Ausgestaltung kann die daraus entstehende Abwärme dazu verwendet werden, mittels Wärmepumpen die Niedertemperaturbezüger zu versorgen. Zu den Strategien wurden entsprechende Konzeptvarianten zur Bilanzierung und Vergleichbarkeit vertieft. Bezüglich der mittleren jährlichen Kosten sind alle Strategien in etwa gleich zu beurteilen. Thermischer Gebäudestandard Neue Gebäude und Sanierungen müssen zukünftig mindestens dem geltenden Minergiestandard (oder 10 % unter dem gesetzlichen Minimum) von Neubauten bzw. Sanierungen entsprechen (Primäranforderung an die Gebäudehülle). Vorbehalten bleiben die denkmalpflegerischen Anforderungen. Bei Spezialbauten (Labors, Operationssäle usw.) kann die Regel der Bautechnik angewendet werden, wenn mit einem dynamischen Gebäudemodell die Gleichwertigkeit der Jahresenergiebilanz (Wärme/Kälte) sowie dem Spitzenlastverhalten zu den vorhergehend genannten Anforderungen aufgezeigt werden kann. Je nach Nutzung (z.b. Wohnbauten) ist auch eine Verschärfung des Mindeststandards anzustreben. Reduktion der Energiedichte Angestrebt wird eine Reduktion von 20% des Eintrags an nicht erneuerbarer Energie bezogen auf die dem Masterplanperimeter zugeführten Energien für die Deckung von Wärme und Kälte (exklusive allgemeiner Strom) bis 2035 (bis 2050 wurde noch keine Zielvorgabe definiert). Dies bedingt neben einem effizienten Umgang mit dem Endenergieträger gemäss dem angestrebten Sanierungspfad beim Bestand auch eine konsequente Nutzung der im Perimeter anfallenden Abwärme. Treibhausgasemissionen Die Treibhausgasemissionen, welche durch die thermische Versorgung des Hochschulquartiers induziert werden, sollen gegenüber dem heutigen Zustand trotz des Flächenzuwachses um 25% reduziert werden. Dieses Ziel ist mit den Strategien B2 und C zu erreichen (vgl. Abbildung 32) Energiewertigkeit des Endenergieträgers Es sollen keine hochwertigen Energieträger (Fernwärme) zur Niedertemperatur- Wärmeversorgung verwendet werden. Klima- und Laborkälte soll in erster Priorität über Freecooling erfolgen, das heisst nicht von Maschinen, sondern von Kälte aus der Umgebung (Erdreich, Seewasserleitung).

8 8/76 Vorgaben für Effizienz (Nutzenergie/Endenergie) Mass für die Effizienz ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Für das Hochschulquartier ist vorgesehen, dass in Zukunft hoch effiziente Systeme für die thermische Versorgung der Gebäude und Prozesse zum Einsatz kommen. Dies verlangt neben der Effizienz bei den eingesetzten Maschinen (Wärmepumpen, Kältemaschinen etc.) noch weitere Parameter die beachtet werden müssen. Insbesondere ist der Temperaturunterschied zwischen Ein- und Austrittstemperatur der Maschinen möglichst gering zu halten. Diese hängen zum einen von der zur Verfügung stehenden Quellen (Erdreich, Seewasser, Luft etc.) ab, zum anderen gibt es aber auch bauliche Anforderungen (Dämmung, Sonnenschutz, Wärme- bzw. Kälteabgabesystem etc.). Diese tragen dazu bei, dass die Systemtemperaturen im Abgabesystem tief (bei Wärme) bzw. hoch (bei Kälte) gehalten werden können. Stromversorgung Es wird davon ausgegangen, dass im Hochschulquartier der Strombedarf aus verschiedenen Gründen (allgemeine Zunahme elektrischer Geräte mit höherer Leistung, allgemeine Zunahme IT, mehr hoch installierter Fläche etc.) zunimmt. Diesem Trend ist mit effizienten Geräten entgegenzuwirken. Insbesondere ist dabei der Beleuchtung (Leuchteneffizienz, Steuerung, Anordnung etc.) entsprechende Aufmerksamkeit zu schenken. Bezüglich des verwendeten Strommix hat jede Institution zusätzlich die Möglichkeit, durch Auswahl eines ökologisch verbesserten Produktes - im Sinne seiner Vorbild- und Öffentlichkeitsfunktion - die Treibhausgasbilanz zu optimieren. Die Eigenproduktion von Strom mittels PV-Anlagen soll in den folgenden Phasen noch vertieft geprüft werden, unter Berücksichtigung der städtebaulichen und denkmalpflegerischen Verträglichkeit. Das Potenzial zur Deckung des Eigenbedarfs innerhalb der einzelnen Institutionen beträgt rund 3-4% des Gesamtbedarfs, wobei auch die anfallenden Lastenspitzen jeweils direkt genutzt werden können. Zur Reduktion der Leistungsspitzen im Masterplanperimeter soll ein Lastenmanagement von den Institutionen geprüft werden, wobei mittels Gebäude- und Geräteautomation der Betrieb und Bedarf aufeinander abgestimmt werden kann. Eine weitere Möglichkeit, die Tagesspitzen zu brechen bietet der Einsatz von Batteriespeicher. Solche können im Masterplanperimeter in Zukunft eine wichtige Rolle spielen, insbesondere auch im Zusammenhang mit der möglichen Eigenproduktion von Strom mittels PV-Anlagen. Zusammen mit dem Elektroversorger ist bezüglich der Netzbelastung bei den Tagesleistungsspitzen eine Strategie auszuarbeiten. Zukünftige Versorgung Die Fernwärme wird im Masterplanperimeter auch in Zukunft eine gewichtige Rolle zur Versorgung von Hochtemperaturnutzung spielen. Diese sollte jedoch nicht für die Versorgung von Niedertemperaturbezügern und zur Kälteerzeugung (Absorption) verwendet werden. Für die Versorgung der Niedertemperaturbezüger und des Kältebedarfs im Hochschulgebiet soll prioritär die Machbarkeit einer Seewasserleitung sowie eines Erdspeichersystems vertieft geprüft werden. Ein strategischer Entscheid über eine Seewasserleitung oder einen Erdspeicher muss von allen Institutionen gemeinsam getragen werden. Aufgrund dieses Entscheids muss ein Energiekonzept ausgearbeitet werden, wobei darauf zu achten ist, dass in Zukunft die Synergien zwischen den Institutionen zur thermischen Versorgung genutzt werden. Abgeleitet vom Energiekonzept ergeben sich Projektpflichten, welche es in Zukunft bei Bauvorhaben im Hochschulquartier zu beachten gilt.

9 9/76 Weiteres Vorgehen Vertiefte Prüfungen der Machbarkeiten: - Machbarkeitsstudie Seewassernutzung für den Masterplanperimeter - Vertiefte Prüfung zur Machbarkeit der Erdsonden im Masterplanperimeter - Koordination mit der Energieplanung der Stadt Zürich sowie der Fernwärme - Definition der Gebäudestandards in Gestaltungsplänen - Ausarbeitung einer Versorgungsstrategie mit dem EWZ betreffend der zukünftigen Elektroversorgung Konzeptentscheid: - Ausarbeitung des Energiekonzepts für den Masterplanperimeter - Definition der dazu erforderlichen Projekte (institutionsübergreifend) - Definition der erforderlichen Vereinbarungen zwischen den Institutionen Projektpflichten und Wettbewerbe - Definition der zulässigen Endenergieträger pro Baufeld - Vorgaben bezüglich Effizienz bei der Wärmeerzeugung - Vorgaben zum Energiekonzept als Bestandteil des Wettbewerbs

10 10/76 2. Ausgangslage und Zielsetzungen 2.1. Einleitung Im Herzen der Stadt Zürich befindet sich das Hochschulgebiet mit dem Wissens- und Gesundheitscluster der Universität, der ETH und des Universitätsspitals. Die Infrastruktur im Hochschulgebiet hat ihre Kapazitätsgrenze erreicht. Zahlreiche ältere Gebäude erfüllen die Anforderungen des modernen Spital-, Forschungs- und Lehrbetriebs nicht mehr. Mit einer sorgfältigen Gebietsplanung werden die Grundlagen gelegt für die bauliche und räumliche Weiterentwicklung der drei Institutionen und des gesamten Hochschulgebiets. Dazu wurde ein 'Masterplan Hochschulgebiet Zentrum, Zukunft des Hochschulstandortes Zürich' 1 ausgearbeitet und zusammen mit einzelnen Vertiefungsstudien dem Regierungsrat des Kantons Zürich vorgelegt. Anlässlich der Sitzung vom 20. August 2014 hat der Regierungsrat des Kantons Zürich (Regierungsratsbeschluss 862: Hochschulgebiet Zürich Zentrum - Vertiefungsstudien) dem Synthesebericht 'Hochschulgebiet Zürich Zentrum - Vertiefungsstudien Universität Zürich und Universitäre Medizin: USZ/UZH/ETH' 2 zugestimmt und diesen verabschiedet. Dabei wurde auch festgehalten, dass neben den vorliegenden städtebaulichen Vertiefungsstudien unter anderem eine Vertiefung für die Energieversorgung als Teilprojekt initiiert werden soll. Die Ergebnisse der Studie sind wichtige Grundlagen für die nachfolgenden Umsetzungsschritte der Institutionen. Sie dienen der Ausarbeitung von Gestaltungsplänen, Umweltverträglichkeitsberichten, als Vorgaben für die anstehenden Wettbewerbe im Hochschulgebiet und zur Definition für die weiteren benötigten Schritte unter Berücksichtigung der im Masterplan festgehaltenen Grundsätze. Dabei soll die Versorgung mit einer effizienten Nutzung von Wärme, Kälte und Elektrizität in Anlehnung an die Energiegesetzgebung des Bundes, des Kantons und der Stadt Zürich weiterentwickelt werden. Die strategischen Grundsätze wurden eng zusammen mit der Projektleitung und der Arbeitsgruppe, bestehend aus Vertretern der Institutionen, des Kantons, der Stadt Zürich sowie den städtischen Werken, erarbeitet Zielsetzungen Ziel der Vertiefungsstudie ist es, mögliche Versorgungsstrategien aufzuzeigen, mit denen der im Masterplan zum Thema Energie erarbeitete Handlungssatz umgesetzt werden kann. Die Resultate dienen als Grundlage für den Bericht zu den Auswirkungen auf Umwelt, Verkehr, Energie und Freiraum 3 sowie als Voraussetzung zur Erarbeitung von Gestaltungsplänen inkl. Umweltverträglichkeitsbericht (UVB). Weiter werden aus der Vertiefungsstudie die Projektpflichten für die Wettbewerbe abgeleitet. 1 Kanton Zürich, Masterplan Hochschulgebiet Zentrum, Zukunft des Hochschulstandortes Zürich, Kanton Zürich, Synthesebericht Hochschulgebiet Zürich Zentrum - Vertiefungsstudien Universität Zürich und Universitäre Medizin: USZ/UZH/ETH, Basler & Hofmann, Bericht zu den Auswirkungen auf Umwelt, Verkehr, Energie und Freiraum,

11 11/76 Es muss eine Energiestrategie umgesetzt werden, welche durch die Verwendung von standardisierten, einfachen und erprobten Technologien eine unterbruchfreie Versorgung gewährleistet. Die bestehenden Anlagen müssen dabei unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten auf eine mögliche Weiterverwendung bzw. Instandsetzung geprüft werden. Weiter ist darauf zu achten, dass der Technisierungsgrad tief gehalten wird, damit die Betriebssicherheit mit tiefen Unterhaltskosten gewährleistet werden kann. Durch eine hohe Flexibilität des Versorgungssystems muss gewährleistet werden, dass kompatible Anschlussbedingungen geschaffen werden, insbesondere auch für neue Anforderungen und den etappierten Erweiterungen. Vom energetischen Standpunkt her müssen übergeordnete Anforderungen von Bund, Kanton und Stadt Zürich eingehalten werden. Diese schreiben, neben den Grundanforderungen an die Gebäudehülle, auch einen zulässigen Höchstanteil an die eingesetzten nicht erneuerbaren Energieträger vor. Untenstehend sind die Textausschnitte aus dem Masterplan, in welchen die Ziele bezüglich der Energieversorgung formuliert wurden, ersichtlich. Zusammenfassung : Kapitel 3 Leitsätze zur Entwicklung des Hochschulgebiets Zentrum, S. 15: Kapitel 4.4 Energie:

12 12/76 Im Masterplan wird stark auf die städtischen 2000-Watt-Ziele verwiesen, wobei im Konzept zur Energieversorgung 2050 der Stadt Zürich 4 der Transformationspfad für eine 2000-Wattkompatible Versorgung beschrieben ist. Für das Hochschulquartier ist dabei vorgesehen, dass ein Grossteil der Energieversorgung, ca. 3/4 des Bedarfs im Gebiet, auch in Zukunft von der Fernwärme versorgt wird. 4 TEP Energy, Martin Jakob, Kurzbericht Konzept Energieversorgung Szenarien für eine 2kWG kompatible Wärmeversorgung für die Stadt Zürich,

13 13/ Auftrag Mit dem vom Regierungsrat verabschiedeten Masterplan für die Entwicklung des Hochschulgebiets im Zentrum Zürichs sowie den angestrebten Zielen aus den Vertiefungsstudien, bietet sich die Chance für eine gemeinsame, arealübergreifende Optimierung der bestehenden Energieversorgung unter Berücksichtigung der kommunalen Energieplanung. Das Gebiet bezieht heute seine Energie für Heizung- und Warmwasser primär aus dem Fernwärmenetz der Entsorgung + Recycling Zürich. Zudem existiert ein Verbund mit der Wärmepumpe an der Walche. Der Strom stammt vom Elektrizitätsnetz. Diese Versorgung soll möglichst auch in die zukünftige Betrachtung mit einfliessen bzw. auf deren optimale Verwendung hin überprüft werden. Die kommunale Energiepolitik strebt in Übereinstimmung mit Kanton und Bund eine ausreichende, sichere, wirtschaftliche und möglichst emissionsfreie Energieversorgung an. Dabei sollen die vorhandene Abwärme sowie erneuerbare Energieträger genutzt werden. Durch die Grösse des Hochschulgebiets, die verschiedenartigen Nutzungen sowie die übersichtlichen Eigentumsverhältnissen bestehen grosse Synergie- und Optimierungsmöglichkeiten im Bezug auf die Energieversorgung. Daher soll nicht einfach isoliert ein Energiekonzept erarbeitet werden sondern auch eine ganzheitliche künftige Versorgungsstrategie des Quartiers, welche ein Vorgehen und einen Zeitplan für die umfangreichen Ersatzprojekte der grosstechnischen Anlagen definiert. Dies unter Berücksichtigung der anstehenden Sanierungen, Ersatzneubauten und Erweiterungsbauten. Diese Rahmenbedingungen stellen besondere Anforderungen an die Vorgehensweise zur nachhaltigen Energie- und Medienversorgung. Sie wurden in der Erarbeitung berücksichtigt. Die strategische Planung sowie die Konzeption der künftigen Wärmeversorgung sollen möglichst die im Kapitel 2.2 beschriebenen übergeordneten Zielsetzungen erfüllen. Die hohe Komplexität sowie die Vernetzung und Abhängigkeit der verschiedenen Bauten und Anlagen stellen eine grosse Herausforderung an das Energie- und Medienversorgungskonzept dar.

14 14/ Systemgrenzen Räumliche Systemgrenze Der Perimeter für die Vertiefung der Energieversorgung entspricht dem Perimeter Masterplan 2014 und ist in unten stehender Grafik ausgewiesen. In den Betrachtungsperimeter fallen alle Gebäude der ETH, der UZH und des USZ im Hochschulgebiet Zentrum. Abbildung 1: Räumliche Systemabgrenzung gemäss Masterplanperimeter Zeitliche Systemgrenze Die zeitliche Abgrenzung bezieht sich auf den Masterplan, welcher einen Zeithorizont bis 2030 vorsieht und die dafür benötigten Eckpfeiler definiert. Im Richtplan sind jedoch auch Vorhaben aufgeführt, welche erst bis 2035 realisiert werden. Gemäss Masterplan sind Aussagen zur Entwicklung im Perimeter, welche über diesen Zeitraum hinaus gehen, nicht möglich. Für die zukünftige Energieversorgung ist es jedoch wichtig, dass ein weiterer Betrachtungszeitraum mit einbezogen wird, damit die Versorgungsstrategie auch diese Bedürfnisse berücksichtigen kann. Aus diesem Grund wurden die Bedarfsbilanzierungen und Zielformulierungen bis ins Jahr 2050 vorgenommen, auch wenn diese Aussagen mit einer gewissen Unsicherheit behaftet sind. Etappierungen Die räumliche und zeitliche Abgrenzung der einzelnen Vorhaben ist im Umsetzungsprogramm des Masterplans formuliert und in der Richtplanvorlage 5 definiert worden. Die Etappierungsschritte sind im unten aufgeführten Syntheseplan zusammengefasst und diesen ist mit der Versorgungsstrategie Rechnung zu tragen. 5 Kanton Zürich, Kantonaler Richtplan, Kapitel 6, Öffentliche Bauten und Anlagen, Gebietsplanung Hochschulgebiet Zürich-Zentrum, Vorlage 5180 vom 8. April 2015

15 Abbildung 2: Syntheseplan mit den entsprechenden Etappierungen Baudirektion 15/76

16 16/ Methodik und Vorgehensbeschrieb Im Folgenden ist die Methodik zur Erarbeitung der Versorgungsstrategien beschrieben. Konsolidierung der vorhandenen Grundlagen Einheitliche Methodik Erstellung von Gebäude- und Prozessmatrix mit Lastprofilentwicklung Hauptvarianten Energiestratgeie Bilanzierung Energie, CO2 und Lebenszykluskosten Nutzwertanalyse Empfehlung Energiestrategie Vorgaben in UB und UVP, danach Vertiefung übergeordnete und gebietsspezifischen Energiekonzepte Begleitung QS und Projektmanagment Projektierung der neuen Energieversorgung in Teilprojekten Abbildung 3: Methodik zur Bearbeitung der Aufgabgenstellung. Die Leistungen innerhalb der roten Umrandungen wurden im Rahmen des Projekts ausgeführt. Die Bedarfsermittlungen wurden in einem separaten Projekt durchgeführt. Die vorhandenen Daten und Dokumente wurden in einem ersten Schritt zusammengetragen und konsolidiert. Insbesondere wurden dabei folgende Punkte auf Basis von bereits sehr guten vorliegenden Studien abgeklärt: Prozess- und Nutzungsmatrix (Wärme, Kälte, Elektro) mit entsprechenden Temperaturniveaus Energieflussdiagramm bestehende Versorgung nutzbare Abwärmequellen und Synergien zwischen den Institutionen nutzbare Umweltwärme und mögliche Einbindung einer Seewasserleitung Potenzial erneuerbarer Energien im Perimeter zukünftige Entwicklung der Fernwärme mit dem ERZ Potenziale zur Vernetzung Bei der Prozess- und Nutzungsmatrix kann auf sehr gute Grundlagen zurückgegriffen werden, welche in einem anderen Projekt zusammengetragen wurden. Dabei wurde auch die Bedarfsentwicklung bis ins Jahr 2035 zusammen mit den Institutionen ermittelt. Auf Basis der Grundlagenermittlung wurden Versorgungsstrategien ausformuliert und auf den zuvor definierten Entwicklungspfad (künftiger Energiebedarf) ausgelegt. Als Produkt resultieren Versorgungsstrategien auf Basis verschiedener Primärenergieträger für Wärme, Kälte und Elektrizität. Dieser Prozess erfolgte in enger Zusammenarbeit mit der Projektleitung seitens Auftraggeber sowie der Arbeitsgruppe für das Vertiefungsthema bestehend aus Vertretern der Institutionen sowie dem Kanton, der Stadt und den städtischen Werken.

17 17/76 Die Strategien zeigen den möglichen Handlungsspielraum und Rahmenbedingungen auf für die künftige Energieversorgung. Zu den Strategien wurden entsprechende Konzeptvarianten zur Bilanzierung und Vergleichbarkeit vertieft. Dabei wurden unter anderen folgenden Parameter bilanziert: Nutz-, End- und Primärenergie Treibhausgasemissionen Wirtschaftlichkeit gemäss Lebenszykluskostenbetrachtung und Sensitivität Die Resultate der Bilanzierung dienten als Grundlage für die Nutzwertanalyse, welche mit den zuvor definierten Bewertungskriterien durchgeführt wurde.

18 18/76 3. IST-Analyse 3.1. Grundlagen Für den Masterplanperimeter sind aus vergangenen Arbeiten detaillierte Grundlagen vorhanden, welche für die Projekterarbeitung beigezogen wurden. Tabelle 1: Allgemeine Unterlagen für das gesamte Hochschulgebiet Titel Autor Firma Datum Auftraggeber Allgemeine Unterlagen für das Gesamte Hochschulgebiet Strategische Entwicklungsplanung «Universitätsspital und Universität Zürich» Gebietsplanung Hochschulgebiet Zürich Zentrum: Grundlagen für die Energieversorgung Synthesebericht Hochschulgebiet Zürich Zentrum - Vertiefungsstudien Universität Zürich und Universitäre Medizin: USZ / UZH / ETH Steuerungsaussc huss und Projektteam Regierungsrat des Kantons Zürich Toni Sres Eicher+Pauli Baudirektion Kanton Zürich Amt für Raumplanung Felix Blindenbacher Ernst Basler + Partner AG, Planpartner Syntheseplan 1:2'500 Ernst Basler + Partner AG, Planpartner Hochschulgebiet: Einteilung in Schwerpunktbereiche MP Hochschulgebiet, VS Mobilität Hochschulgebiet Zürich Zentrum - Vertiefungsstudien Universität Zürich und Universitäre Medizin: USZ / UZH / ETH Kantonale Gestaltungspläne 1:2'500 HZZ I Vertiefungsstudie Universität Hochschulgebiet Zürich Zentrum Schlussworkshop: 14. Mai 2014 Masterplan Hochschulgebiet Zentrum Zukunft des Hochschulstandortes Zürich Zukunft des Hochschulstandortes Zürich: Entwicklungsplanung Hochschulgebiet Phase 1: Leitbild/Leitsät z e Zukunft des Hochschulstandortes Zürich: Entwicklungsplanung Hochschulgebiet Phase 2: Masterplan/Richtplan ewp Planpartner AG Max Dudler Architekt, Rotzler, Krebs, Partner Landschaftsarchit ekten Ernst Basler Partner Projektorganisation Strategische Entwicklungsplanung USZ UZH ETH (SEP), Bildungsdirektion Kanton Zürich, Baudirektion Kanton Zürich Baudirektion Kanton Zürich Hochbaudepartement der Stadt Zürich Baudirektion Kanton Zürich Hochbaudepartement der Stadt Zürich Projektphasen Planungs- und baurechtliche Grundlagen Meilensteine Planpartner AG

19 19/76 Tabelle 2: Unterlagen des Universitätsspital Titel Autor Firma Datum Auftraggeber USZ Strategische Grundsätze «bauliche Gesamterneuerung USZ» R. Ziegler, D. Knobel, J. Seitz USZ Spitaldirektion Bauliche Gesamterneuerung USZ Daniela Knobel Factsheet für TP Energie: mögliche Etappierungen Energiedaten Strom, Wasser und Wärme Sven Geissler Raphael Wicky Samuel Stroppel Vertiefungsstudie Universitäre Medizin / ETH Pflichtenheft Vertiefungsstudie Universitäre Medizin / ETH Christoph Stäheli Susanne Frohn Denise Janes USZ Spitaldirektion USZ Technischer Dienst Planpartner Hochbauamt Kanton Zürich Gigon/Guyer Architekten Energieleitbild UniversitätsSpital Zürich (USZ) Masterplan Energie USZ Energieversorgung Total (Kreisdiagramm) Energieflussdiagramm Universitätsspital Zürich ZHAW, Weisskopf Partner GmbH ZHAW/Weisskop f Partner GmbH Weisskopf Partner GmbH Universitätsspital Zürich, Technischer Dienst Universitätsspital Zürich Dokumentation zum Energieflussdiagramm Monatsbericht für USZ Gesamtareal (Verbrauch), Baudirektion Kanton Zürich Weisskopf Partner GmbH Hochbauamt Gebäudetechnik Tabelle 3: Unterlagen der Universität Zürich Titel Autor Firma Datum Auftraggeber UZH Hochschulgebiet Zürich Zentrum - Vertiefungsstudie Universität Zürich Pflichtenheft Hochschulgebiet Vertiefungsstudie Perimeter Universität Schlussworkshop I Präsentation 14. Mai 2014 Vertiefungsstudie Universität Zürich Schlussworkshop 14. Mai 2014 Hochschulgebiet Zürich Zentrum - Vertiefungsstudie Universität Zürich Schlussworkshop Energiekennzahlen der Universität Zürich Peter Meier von Reporting Zielvereinbarung AWEL-UZH, Anhang C: Jahresreporting Jahr 2011 Ernst Basler + Partner Max Dudler Architekt, Rotzler, Krebs, Partner Landschaftsarchit ekten Diener & Diener Vogt Basler & Hofmann Tonelli Team Bob Gysin Partner BGP Hager Partner AG UZH Kanton Zürich Bildungsdirektion Tabelle 4: Unterlagen der ETH Zürich Titel Autor Firma Datum Auftraggeber ETH ETH Zürich Zentrum, Masterplan Energieversorgung, Zwischenbericht Stand April 2010 Christian Bürgin Amstein + Walthert AG

20 20/76 Tabelle 5: Unterlagen der Stadt Zürich Titel Autor Firma Datum Auftraggeber Stadt ZH Kurzbericht Konzept Energieversorgung Martin Jakob TEP Energy Stadt Zürich, DIB Szenarien für eine 2kWG kompatible Wärmeversorgung für die Stadt Zürich Masterplan Energie der Stadt Zürich Bruno Bébié Stadt Zürich DIB Stadtrat Jahresbericht 2012, Energiepolitik der Stadt Zürich Bruno Bébié Stadt Zürich DIB Stadtrat Tabelle 6: Nachhaltigkeitsvorgaben, Gestaltungs- und kantonaler Richtplan Titel Autor Firma Datum Auftraggeber Gestaltungsplan, Richtplan, Standards BD-Standard Nachhaltigkeit im Hochbau Richtplan Öffentliche Bauten und Anlagen Gebietsplanung Hochschulgebiet Zürich- Zentrum Umweltbericht Kanton Zürich Zwischenbericht 2010 Baudirektion Kanton Zürich Kanton Zürich Baudirektion des Kantons Zürich Regierungsrat des Kantons Zürich

21 21/ Heutige Energieversorgung Abbildung 4: Energieflussdiagramm der heutigen Versorgung im Masterplanperimeter Das Hochschulgebiet bezieht seine Energie für Heizung, Brauchwarmwasser und Prozesswärme primär aus dem Fernwärmenetz der Entsorgung + Recycling Zürich. Es besteht je eine Fernwärmeleitung für Heisswasser und für Dampf vom Kehrichtheizkraftwerk Hagenholz ins Hochschulgebiet. Daneben existiert noch eine Wärmepumpe der ETH in der Walche (Limmatwasser), welche jedoch zukünftig nicht weiter betrieben wird. Die Kälte wird mit Kompressionskältemaschinen und beim USZ im Sommer zum Teil mit Absorptionskälte aus dem Dampfnetz der Fernwärme bereitgestellt. Strom wird aus dem Netz bezogen. Die Energieversorgung ist dank dem hohen Anteil der Fernwärme aus der KVA bereits im heutigen Zustand ökologisch. Synergien zwischen den drei Institutionen werden jedoch nur bedingt genutzt. Eine räumliche Übersicht der Energieversorgung für das Hochschulgebiet ist in Abbildung 5 dargestellt:

22 22/76 Abbildung 6: Räumliche Übersicht der Energieversorgung im Masterplanperimeter Erzeuger Der Masterplanperimeter liegt grösstenteils im Fernwärmeversorgungsgebiet Hochschulquartier. 6 Die Energie für Zürich Wärme liefern mehrere Produktionsanlagen: - 2 Kehrichtheizkraftwerke - 1 Holzheizkraftwerk - 1 Wärmepumpe - 12 kleinere fossile Heizkessel Zürich Wärme ist ein Mix aus fünf Energieträgern. Wichtigste Energiequelle ist die Abwärme der Kehrichtheizkraftwerke. Wie das Holz aus dem Kanton Zürich und die Umgebungswärme ist sie CO 2 -neutral und trägt damit wesentlich dazu bei, dass weniger klimaschädliche Treibhausgase entstehen. Im Winterhalbjahr liefern fossile Brennstoffe zusätzliche Energie zur Abdeckung der Spitzenlast. Bei den Heizkraftwerken wird jeweils auch Strom produziert. Die Fernwärme wird in Form von Heisswasser sowie von Hochdruckdampf bezogen. Die Systemtemperatur des Heisswassernetz beträgt im Sommer 90 C und im Winter 120 C. Im Hochdruckdampfnetz wird die Wärme mit 12 bar verteilt, was einer Temperatur von 192 C entspricht. Die Leitungsverluste von der Erzeugung bis in den Masterplanperimeter werden im Heisswassernetz mit 10% und im Hochdruckdampfnetz mit 15% angenommen. Neben der Fernwärme besteht im Masterplanperimeter ein Warmwassernetz, welches von der ETH betrieben wird. Als Erzeuger für dieses Netz dient die Wärmepumpe Walche, welche vom Limmatwasser versorgt wird. Zur Netzstützung des Warmwassernetzes ist beim ML-Gebäude auch eine Einbindung der Fernwärme vorhanden. Neben den Liegenschaften 6 Entsorgung + Recycling Zürich, Versorgungsgebiet Zürich Wärme,

23 23/76 der ETH im Zentrum versorgt das Netz auch Gebäude von Drittbezüger, welche zum Teil ausserhalb des Masterplanperimeters liegen. Die Wärmepumpe in der Walche ist schon in die Jahre gekommen und soll ersetzt werden. Für die zukünftige Versorgung des Netzes hat die ETH einen Masterplan 7 ausgearbeitet. Die Einbindung dieses Masterplans in die zukünftige Versorgungsstrategie ist eine Herausforderung. Über den gesamten Masterplanperimeter setzt sich die Fernwärme inkl. der Wärmepumpe Walche aus den folgenden Energieträgern zusammen: 64% Kehrrichtverbrennungsanlage 20.5% Fossile Energie (Öl/Gas) 12% Holz 3.5% Wärmepumpe (Limmatwasser) Aufgrund dieses Primärenergieträgermixes ergeben sich die PE-Faktoren, Erneuerbarkeit sowie die CO 2 -Emissionen. 7 Amstein + Walthert, Christian Bürgin, ETH Zürich Zentrum, Masterplan Energieversorgung, Zwischenbericht,

24 24/ Universitätsspital Zürich Das Universitätsspital bezieht seine Wärme von der Fernwärme Zürich. Dabei versorgt das Heisswassernetz den Heiz- und Brauchwarmwasserbedarf und das Hochdruckdampfnetz die Prozessenergie sowie die Absorptionskältemaschinen. Für den Kältebedarf stehen zusätzlich auch Kompressionskältemaschinen zur Verfügung. Das Kältenetz wird mit 6/12 C versorgt. Die Prozesswärme wird für die Sterilisation, die Küche sowie zur Dampfbefeuchtung benötigt. Die Elektroversorgung erfolgt über das EWZ Netz durch Mittelspannungszuleitungen. Daneben unterhält das USZ ein Notnetz mit Netzersatzanlagen und einem Mittelspannungsnetz. Abbildung 7: Energieflussdiagramm Ist-Zustand (2014) beim USZ Wärme Kälte Strom Der Wärmebedarf beim UZH wird vollständig über die Fernwärme des ERZ gedeckt. Die Prozesswärme wird vom Hochdruckdampf versorgt. Für die Kälte stehen Absorptionskältemaschinen (Fernwärme) sowie Kompressionskältemaschinen zur Verfügung. Die Abwärme aus dem Kälteprozess wird mehrheitlich über Rückkühler abgeführt. Z.T. besteht bei den Kompressionskältemaschinen eine Wärmerückgewinnung für das Brauchwarmwasser. Der Strom wird aus dem Netz bezogen. Für den Netzausfall stehen Netzersatzanlagen und ein Mittelspannungsnetz zur Verfügung.

25 25/ Universität Zürich Abbildung 8: Energieflussdiagramm Ist-Zustand (2014) UZH Die Universität Zürich bezieht ihre Wärme für den Heiz- und Brauchwarmwasserbedarf an verschiedenen Übergabestellen ab dem Heisswassernetz der Fernwärme. Der kleine Anteil an Klimakälte wird dezentral mittels Kältemaschinen erzeugt. Wärme Kälte Strom Der Wärmebedarf bei der UZH wird vollständig über die Fernwärme (Heisswassernetz) des ERZ gedeckt. Für die Klimakälte bestehen Kompressionskältemaschinen, welche die Abwärme über Rückkühler abführen. Der Strom wird aus dem Netz bezogen.

26 26/ ETH Abbildung 9: Energieflussdiagramm Ist-Zustand (2014) ETH Die ETH betreibt ihr eigenes Warmwassernetz mit 70 C, welches von der Wärmepumpe in der Walche versorgt wird. Dabei sind noch weitere Bezüger angeschlossen. Zur Stützung der Netztemperaturen ist beim ML-Gebäude ein Anschluss an die Fernwärme eingebunden. Die Prozess- und Klimakälte wird mittels dezentralen Kältemaschinen bereitgestellt, wobei die Abwärme grösstenteils über Rückkühler abgeführt wird, ein gewisser Teil aber auch über Wärmerückgewinnung wieder verwendet wird. Wärme Kälte Strom Der Wärmebedarf der ETH wird über die Fernwärme des ERZ und die Wärmepumpe Walche gedeckt. Die ETH-Drittbezüger werden mitversorgt. Prozess- und Klimakälte werden über Kompressionskältemaschinen bereitgestellt. Der Strom wird aus dem Netz bezogen.

27 27/ ETH-Drittbezüger Abbildung 10: Energieflussdiagramm Ist-Zustand (2014) ETH-Drittbezüger Bei den ETH-Drittbezügern handelt es sich um Büro- und Wohnnutzungen, welche vom Warmwassernetz der ETH versorgt werden. Diese liegen zum Teil auch ausserhalb des Masterplanperimeters. Wärme Kälte Strom Der Wärmebedarf bei ETH-Drittbezügern wird über die ETH gedeckt. Wird bei Bedarf unabhängig von der ETH bezogen. Wird unabhängig von der ETH bezogen.

28 28/76 4. Entwicklung Energiebedarf Die Berechnungen zu Energiebedarfsentwicklungen gemäss den Etappierungen aus dem Masterplan wurden in einem anderen Projekt zusammen mit den Institutionen (UZH, USZ und ETH) in Workshops ermittelt Annahmen zur Bedarfsentwicklung Flächenentwicklung (Grundlage Syntheseplan) - HNF/GF = 0.5 (nur wenn GF explizit bekannt) - EBF/GF = Flächenentwicklung USZ: HNF-Flächenentwicklung gemäss USZ Flächenentwicklung ETH: Entwicklungspfad gemäss Bericht Masterplan ETH Phase 1 (A+W) Wärme - Heizbedarf/(Heizbedarf+BWW) = 0.9 (Weitere), 0.9 (UZH). Vergleich: USZ: 0.841, ETH: JAZ WP Niedertemperatur bis 2030: 4.5 / ab 2035: JAZ WP Hochtemperatur/BWW: Zukünftiger Bedarf Heizen + BWW: o Annahme: nur Bauten, welche nicht durch Ersatz-Neubauten abgelöst werden, werden saniert. Andere behalten Verbrauch bis zum Abriss bei. o Im Modell erfolgt die Sanierung in der letzten Etappe ( ) - Zukünftiger Bedarf Prozesswärme: o Spezifische Werte bleiben gleich. Bedarf wird auf neue Fläche hochgerechnet Neubau sa- Bestand niert 2035 sa- Bestand niert 2050 Mi- Heizen nergie Heizen SIA 380/1 + 25% Heizen 380/1 SIA BWW 380/1 kwh/m 2 kwh/m 2 kwh/m 2 kwh/m 2 Verwaltung/Büro Weitere, ETH, UZH Spitäler USZ

29 29/76 Kälte - Klimakälte/Kälte total = 0.2 (USZ). Vergleich: ETH: Aufteilung Klima/Prozesskälte auf KMM und AKM beim USZ proportional zu Kältemenge KKM/AKM - JAZ Kompressor-Kältemaschine (KKM) heute: 2.5 (Messwert USZ). - JAZ KKM 2015: 2.5 / : 4.5 / 2035: 6.0 / 2050: JAZ Absorptions-Kältemaschine (AKM) heute: 1.0 (Annahme Weisskopf + Partner) - JAZ Absorptions-Kältemaschine (AKM) 2030: Zukünftiger Bedarf Kälte: o Bedarfssteigerung bedingt durch Klimaerwärmung: o 1 Kelvin 2000->2050 (IPCC 2007) Kühlgrenze 23 C Soll-Raumtemperatur 20 C Zunahme der Kühlgradstunden 34% Zuwachs über 35 Jahre Jahr Kühlgradstunden Zuwachs gegenüber % 0% 4% 9% 14% 19% 34% o Bedarf wird auf neue Fläche hochgerechnet

30 30/76 Elektrobedarf Zukünftiger Bedarf Elektro: o Steigerung Elektro-Bedarf allgemein pro Jahr: 0.5%. Bedarf wird auf neue Fläche hochgerechnet. Annahmen: - Spital: weniger Flächen für Bettenzimmer, dafür mehr hochinstallierte Flächen - Allgemeine Zunahme elektrischer Geräte mit höherer Leistung - Allgemeine Zunahme an IT und zusätzliche RZ Weitere Überlegungen HT-Wärme (HT-Heizen, BWW, Prozesswärme): o nicht mit WP / KKM erzeugen (COP NH3 (10->68 C) = 3.6) nicht zulässig in Fernwärmegebiet (COP mind. 4.5 für Anlagen > 100 kw) o wenn Strom zukünftig (ab 2033) stärker CO 2 -belastet -> Gas direkt für HT- Wärmeerzeugung einsetzen o bei NT-Heizen Gebäude: BWW dezentralisieren, 2-stufig (keine Bivalenz, da BWW-Mengen in Bürobauten gering -> leitungsgebundene Energieträger nicht rentabel)

31 31/ Nutzenergiebedarf Im Vergleich zum IST-Zustand wird der Kältebedarf zunehmen, u.a. durch die höhere Installationsdichte von Geräten, die Klimaerwärmung und die verbesserte Gebäudehülle. Auch der Elektrobedarf wird durch die höhere Installationsdichte steigen, trotz den laufenden Verbesserungen in der Geräteeffizienz, zusätzlich zur steigenden Energiebezugsfläche. Durch den Flächenzuwachs nimmt der Wärmebedarf des gesamten Gebiets vorerst zu und wird erst mit der Betrachtung der Sanierungen ab 2030 wieder abnehmen. Abbildung 11: Prognostizierte Entwicklung des Nutzenergiebedarfs im Masterplanperimeter

32 32/76 Entwicklung Nutzenergie Wärme Abbildung 12: Entwicklungspfad Nutzenergie Wärme Für die Entwicklung des zukünftigen Wärmebedarfs wird davon ausgegangen, dass auch die Prozesswärme (>100 C) für die Sterilisation, die Küche sowie die Dampfbefeuchtung beim USZ weiterhin benötigt wird. Dieser Anteil steigt mit dem Flächenbedarf des USZ. Der Brauchwarmwasserbedarf nimmt ebenfalls mit der Fläche zu. Aufgrund der vielen denkmalgeschützten Bauten im Masterplanperimeter wird auch in Zukunft Hochtemperatur-Wärme für die Beheizung der Gebäude benötigt werden, da diese Gebäude nicht auf Flächenheizungen umgerüstet werden können. Neubauten genauso wie die restlichen zu sanierenden Gebäude müssen zwingend auf Niedertemperatursystem (NT) umgerüstet werden. Somit steigt dort der Bedarf von NT-Wärme. Es wird jedoch teilweise das HT-Heizen durch den Umbau durch NT-Heizen ersetzt, wodurch das benötigte Energieniveau gesenkt wird. Der gesamte Wärmebedarf der Nutzenergie sinkt ab den Sanierungen, welche ab Zeithorizont 2030 einbezogen werden. Wohingegen die Energiebezugsfläche durch den Neubau von Gebäuden stetig ansteigt.

33 33/76 Entwicklung Nutzenergie Kälte Abbildung 13: Entwicklungspfad Nutzenergie Kälte Der Kältebedarf nimmt wie oben beschrieben stetig zu (siehe Annahmen). Angestrebt wird dabei jedoch ein möglichst hoher Freecooling-Anteil bei der Kälteerzeugung. Um dies zu erreichen, muss der Bedarf an Niedertemperaturkälte (Prozesskälte) reduziert werden und dafür vermehrt Laborkälte mit einem Temperaturniveau von 12/18 C zur Kühlung ausreichen. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass die Kältenutzenergie proportional zur EBF ansteigt.

34 34/76 Entwicklung der Jahresbilanz In Abbildung 14 ist nochmals die jeweilige Jahresbilanz des Wärme- und Kältebedarfs für den gesamten Masterplanperimeter zusammengefasst. Abbildung 14: Entwicklung der Jahresbilanz des gesamten Masterperimeters Lastprofil im Jahresverlauf In Abbildung 15 ist der Jahresverlauf des Energiebedarfs im Masterplanperimeter dargestellt. Dabei ist ersichtlich, dass für die Deckung des Niedertemperaturbedarfs zum Heizen überschüssige Abwärme aus den Sommermonaten, welche durch die Kühlung entsteht, vorhanden wäre. Diese könnte durch eine saisonale Verlagerung genutzt werden. Abbildung 15: Lastprofil im Jahresverlauf pro Monat für das Jahr 2035

35 35/ Nutzenergiebedarf nach Institution Universitätsspital Zürich Der Nutzenergiebedarf beim USZ nimmt mit den zusätzlichen Flächen zu. Dabei wird auch in Zukunft Prozesswärme benötigt. Mit den zusätzlichen Neubauten steigt der Anteil an Niedertemperaturbezügern, wobei im Jahresprofil im Jahr 2035 ersichtlich ist, dass ein sommerlicher Überschuss an Kälte bzw. Abwärme entsteht, welche nicht direkt genutzt werden kann. Abbildung 16: Entwicklung beim Nutzenergiebedarf des USZ Abbildung 17: Lastprofil für das USZ im Jahr 2035

36 36/ Universität Zürich Die Universität Zürich hat im Masterplanperimeter im Vergleich zu den anderen Institutionen den geringsten Energiebedarf. Im Vergleich zu heute nehmen die Laborkälte sowie der Heizbedarf für Niedertemperatur zu. Nach einem leichten Anstieg des gesamten Wärmebedarfs (Flächenzuwachs), machen sich ab 2030 die Sanierungen bemerkbar, wodurch der Wärmebedarf unter das heutige Niveau sinkt. Im Jahresprofil bis 2035 ist ersichtlich, dass die Abwärme aus den Kälteprozessen für eine eigene Versorgung der Niedertemperaturbezüger zu gering ist. Abbildung 18: Entwicklung beim Nutzenergiebedarf der Uni Zürich Abbildung 19: Lastprofil für die Uni Zürich im Jahr 2035

37 37/ ETH Die ETH hat im Masterplanperimeter den geringsten Flächenzuwachs im Vergleich zu den anderen Institutionen. Daher bleibt der Wärmebedarf durch Zuwachs und Sanierungsmassnahmen bis ins Jahr 2035 in etwa gleich. Lediglich der Kältebedarf nimmt dabei zu. Im Jahresprofil 2035 ist ersichtlich, dass durch den höheren Kältebedarf ein Grossteil an Abwärme entsteht, welcher durch die fehlenden Niedertemperaturbezüger nur bedingt genutzt werden kann. Abbildung 20: Entwicklung beim Nutzenergiebedarf der ETH Abbildung 21: Lastprofil für die ETH im Jahr 2035

38 38/ Weitere Der Energiebedarf der weiteren Bezüger im Masterplanperimeter ist sehr gering gegenüber den drei Institutionen und fällt für die Strategieentwicklung nicht ins Gewicht. Abbildung 22: Entwicklung beim Nutzenergiebedarf der weiteren Bezüger im Masterplanperimeter 4.4. Fazit Bedarfsentwicklung Der Masterplanperimeter ist geprägt von alten und denkmalgeschützten Bauten. Diese werden auch in naher Zukunft nicht auf Niedertemperaturabgabesysteme umrüstbar sein. Zusammen mit dem Bedarf des USZ an Prozessenergie wird im Masterplanperimeter der Bedarf an hohen Systemtemperaturen im Betrachtungszeitraum bis 2035 eine wichtige Rolle spielen. Zudem wird der Kältebedarf bei den Institutionen weiter zunehmen. Dabei ist auch beim Kältebedarf den Systemtemperaturen grosse Beachtung zu schenken, damit dieser Bedarf, möglichst mit Freecooling, d.h. ohne zusätzlichen Energieaufwand, abgedeckt werden kann. Um trotzdem im Gebiet eine Absenkung des Wärmebedarfs zu erreichen, müssen neue Gebäude und Sanierungen zukünftig mindestens dem geltenden Minergiestandard (oder 10 % unter dem gesetzlichen Minimum) von Neubauten bzw. Sanierungen entsprechen (Primäranforderung an die Gebäudehülle). Vorbehalten bleiben die denkmalpflegerischen Anforderungen. Bei Spezialbauten (Labors, Operationssäle usw.) kann die Regel der Bautechnik angewendet werden, wenn mit einem dynamischen Gebäudemodell die Gleichwertigkeit der Jahresenergiebilanz (Wärme/Kälte) sowie dem Spitzenlastverhalten zu den vorhergehend genannten Anforderungen aufgezeigt werden kann. Je nach Nutzung (z.b. Wohnbauten) ist auch eine Verschärfung des Mindeststandards anzustreben. Der Versorgung mit dem benötigten Brauchwarmwasser ist bei den künftigen Konzepten besondere Beachtung zu schenken. Die Bereitstellung soll bedarfsgerecht und effizient, z.b. mit dezentralen Trinkwasserstationen, erfolgen. Bei den Wettbewerben für Neubauten müssen entsprechende Konzepte ausgearbeitet werden.

39 39/76 Aufgrund der unterschiedlichen Charakteristiken der Institutionen betreffend des Wärmeund Kältebedarfs sowie den Unterschieden bei der Entwicklung in den geforderten Systemtemperaturen sind Synergien zwischen den Institutionen in Zukunft zu nutzen. Für den Elektrobedarf ist eine stetige Zunahme zu erwarten, dies obwohl Effizienzmassnahmen, z.b. im Bereich der Beleuchtung von den Institutionen eingeleitet wurden. Es ist aber zu erwarten, dass im Bildungs- und Gesundheitswesen in Zukunft immer mehr und leistungsfähigere Geräte zum Einsatz kommen. Dieser Trend wird im Betrachtungszeitraum die Effizienzmassnahmen wieder aufheben bzw. übertreffen.

40 40/76 5. Potenziale zur Versorgung 5.1. Fernwärme Die Fernwärme ist im Masterplanperimeter gut erschlossen, und es ist davon auszugehen, dass diese auch in Zukunft weiterhin mit den beiden Netzen (Heisswasser und Hochdruckdampf) zur Verfügung stehen wird. Dies bedeutet, dass der Masterplanperimeter weiterhin Prioritätsgebiet für die Fernwärmeversorgung sein wird. Daher wird kein konkurrierendes, leitungsgebundenes System zur Wärmeversorgung zugelassen. Ausnahmen sind möglich, wenn der Nachweis erbracht wird, dass das alternative System volkswirtschaftlich den grösseren Nutzen erbringt als die Fernwärme. Trotzdem sind dezentrale Versorgungslösungen bei technischer und wirtschaftlicher Gleichwertigkeit zur Fernwärme möglich. Das ERZ geht davon aus, dass der Wärmebedarf der bestehenden Kunden aufgrund von Gebäudesanierungen und Klimaerwärmung bis 2025 konstant bleibt und anschliessend bis 2050 um % zurückgeht. Aus Sicht ERZ wird demnach auch zukünftig genügend Kehricht zur Wärmeerzeugung zur Verfügung stehen. Eine Knappheit an Fernwärme zur Wärmeversorgung ist für das Gebiet nicht zu befürchten. Das bestehende Dampfnetz wird in Zukunft weiterbetrieben, aber nicht mehr aktiv weiterausgebaut. Der Anschluss neuer Kunden an das bestehende Dampfnetz ist aber denkbar. 8 Diese Zusammensetzung wird sich im Laufe der kommenden Jahre bzw. im Zeitrahmen des Projekts nicht wesentlich ändern. Bezüglich der Kälteversorgung durch die Fernwärme (Absorptionskältemaschinen) ist eine solche für die Fernwärme nur rentabel, solange dies mit 'überschüssiger' Abwärme aus der Abfallverbrennung betrieben werden kann. Ein solcher Überschuss ist in Zukunft nicht zu erwarten Seewasser/Flusswasser Das Potenzial von Seewasser wird bereits von Seewasserverbunden an der Nordspitze des Zürichsees genutzt und bietet eine nachhaltige Lösung. Es wird auch teilweise das Wasser der Limmat zur Entnahme oder Rückgabe eingebunden. Es kann sowohl im Winter Wärme als auch im Sommer Kälte bereitgestellt werden. Aus der Machbarkeitsstudie zum "Potential zur Wärmeenergienutzung aus dem Zürichsee" von der EAWAG 9 geht folgendes hervor: Für den Masterplanperimeter erfordert die Seewassernutzung grundsätzlich zwei unterschiedliche Konzessionen: ein kantonale (AWEL) zur Nutzung der Energiequelle Seewasser und eine kommunale zur Nutzung öffentlichen Grundes für die Verlegung der Leitungen. Beide Konzessionen werden heute an die Vorgabe eines koordinierten Vorgehens mit der kommunalen Energieplanung geknüpft. Im Hinblick auf die Zunahme des Energiebedarfs im Masterplanperimeter, aufgrund des erhöhten Kältebedarfs und der Zielsetzung der Stadt Zürich, 'Wärme-Inseln' zu entwärmen, 8 Weisskopf / ZHAW, Universitätsspital Zürich (USZ), Technischer Dienst Masterplan Energie,